随着经济社会的快速发展,对能源的需求量也随之快速增长。对化石能源的过度开采导致其储量匮乏、环境破坏等已成为人类社会进步所要面临的重大问题。开发可再生能源,对于缓解能源短缺和保护环境至关重要。近些年,随着风力发电技术日益成熟,风力发电得到了大规模的开发及应用。目前风力发电机组主要的控制方式为:额定风速以下实现最大风能跟踪控制和额定风速以上发电机恒功率控制。实现最大风能跟踪,一直以来都是人们关注的重点。PID控制器具有结构简单、便于实现等优点,目前在系统控制器的设计中得到了广泛使用。然而由于风速变化的随机性以及风力发电机组本身具有的非线性、时变性等特点,研究克服传统PID控制实现最大风能跟踪在风力发电非线性控制系统中的不足具有一定的创新性。由于控制方式的不同在对风电机组控制的过程中可能会导致塔架、传动链产生剧烈振动,严重时缩短风力机的使用寿命,甚至影响风电场安全运行。因此将风电机组的控制方式与抑制传动链振动、塔架振动,减小机组的疲劳载荷等综合起来进行研究,对提高风电机组的发电量,保证风电机组的安全运行具有重大的意义。本文首先详细介绍了永磁同步风力发电机组的基本结构以及工作原理,并建立了永磁同步风力发电机组的数学模型。针对风速变化的随机性以及风力发电机组存在的非线性、时变性等特点,采用一种带有无模型外环补偿的PID控制策略实现风力发电机组最大风能跟踪。该策略在传统的PID控制系统中加入一个基于无模型自适应控制的外回路,设计了无模型PID控制器。通过调节Kp,Ki,Kd三个参数,使得风力机的实际转速跟踪最佳转速的误差接近于零,从而实现额定风速以下风力发电机组的最大风能跟踪控制。其次,针对额定风速以上恒功率控制可能导致机组传动链振动剧烈进而影响机组安全运行的问题,提出了抑制发电机输出功率波动以及传动链转矩波动两个控制目标。采用LQR优化控制策略,建立了风力发电机组的状态空间表达式,计算优化增益矩阵确定最优控制律,设计了 LQR优化控制器。通过控制电磁转矩和桨距角,最终实现了额定风速以上抑制发电机输出功率波动以及传动链转矩波动的多目标优化控制。基于MATLAB/SIMULINK平台,对所提出的控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了控制策略的有效性。